способ упрочнения лезвий рабочих органов машин

Формула изобретения

Способ упрочнения лезвий рабочих органов машин, включающий термодиффузионное насыщение лезвия, отличающийся тем, что перед термодиффузионным насыщением на упрочняемые лезвия наносят пасту, содержащую порошок ПГ-СР4 - 20-30, карбид кремния - 50-55, карбамид - 10-15 и алюминиевый порошок дисперсностью 1,5-2,0 мкм - остальное, термодиффузионное насыщение осуществляют компонентами упомянутой пасты за счет ее нагрева электрической дугой с получением на упрочняемых лезвиях металлокерамического покрытия, после термодиффузионного насыщения рабочие органы нагревают до температуры 780 800°C, при этом время нагрева составляет в среднем 1 мин на 1 мм его толщины, а время выдержки - 1/5 от времени нагрева, затем проводят закалку в трансформаторном масле и отпуск с нагревом до 170 180°C и выдержкой при данной температуре в течение 5 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости деталей за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для упрочнения лезвий рабочих органов почвообрабатывающих, строительных, добывающих и других машин, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания при значительных динамических нагрузках.

Известен способ получения биметаллического покрытия для рабочих органов почвообрабатывающего орудия, включающий фрезерование наплавляемых режущих кромок рабочих органов, нанесение слоя порошкового материала и его облучение гамма-квантами интегральной дозой 1×10 ³ 1×10⁷ рад с последующей наплавкой в индукторе токами высокой частоты [Патент РФ 2360768, B22F 1/00, B23K 13/01, опубл. в Б.И. № 19, 2009].

Недостатком данного способа является использование при наплавке облученного порошкового материала, что существенно увеличивает стоимость упрочненной детали. Кроме этого необходимость использования особых мер безопасности при работе с радиоактивными материалами существенно ограничивает область возможного применения данного способа.

Известен способ упрочнения лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий. Он включает нагрев поверхности тыльной стороны лезвия рабочего органа электрической дугой обратной полярности с использованием угольного электрода и последующее охлаждение, при этом перемещение электрода производят по криволинейной траектории. Горение электрической дуги осуществляют в импульсном режиме, при этом длительность и амплитуду импульсов тока за один оборот электрода увеличивают при удалении от острой кромки лезвия и уменьшают при приближении к нему [Патент РФ 2420601, C21D 9/18, C21D 5/00, опубл. в Б.И. № 16, 2011].

Недостатком данного способа является сложность обеспечения траектории движения электрода с его одновременным вращением, что приводит к снижению качества упрочненных лезвий рабочих органов машин.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ повышения износостойкости стальных изделий, включающий термодиффузионное насыщение поверхности углеродом (за счет кратковременной высокотемпературной цементации в твердом карбюризаторе) и карбидообразующими элементами из среды легкоплавких растворов при температуре 1100°C в течение 30 мин [Патент РФ 2293792, C23C 12/00, опубл. в Б.И. № 5, 2007 - прототип].

Однако при использовании данного способа не обеспечивается высокая ударная вязкость рабочих органов, работающих при значительных статических и динамических нагрузках в условиях интенсивного абразивного изнашивания, что приводит к снижению их износостойкости.

Задачей изобретения является повышение долговечности упрочненных рабочих органов машин.

Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости и износостойкости упрочненных рабочих органов машин.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в заявляемом способе упрочнения лезвий рабочих органов машин, включающем термодиффузионное насыщение лезвия, согласно изобретению перед термодиффузионным насыщением на упрочняемое лезвие наносят пасту, содержащую порошок ПГ-СР4 - 20-30, карбид кремния - 50-55, карбамид - 10-15 и алюминиевый порошок дисперсностью 1,5-2,0 мкм - остальное, термодиффузионное насыщение осуществляют компонентами упомянутой пасты за счет ее нагрева электрической дугой с получением на упрочняемом лезвии металлокерамического покрытия, после термодиффузионного насыщения рабочий орган нагревают до температуры 780 800°C, при этом время нагрева составляет в среднем 1 мин на 1 мм его толщины, а время выдержки - 1/5 от времени нагрева, затем проводят закалку в трансформаторном масле и отпуск с нагревом до 170 180°C и выдержкой при данной температуре в течение 5 мин.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале на упрочняемое лезвие рабочего органа наносят пасту. Паста готовится путем смешения следующих компонентов: порошок типа ПГ-СР4, являющийся матрицей - 20 30%, карбид кремния SiC - 50 55%, карбамид (техническая мочевина) NH₂CONH ₂ - 10...15%, алюминиевый порошок дисперсностью 1,5 2,0 мкм - остальное. В качестве связующего используют 20% водный раствор натриевого жидкого стекла Na₂SiO ₃. Толщина слоя пасты - 2,5 3,0 мм, после нанесения она высушивается до затвердевания. При температуре 90 95°C время затвердевания не превышает 8 10 мин.

После этого производят термодиффузионное насыщение упрочняемого лезвия, одновременно получая на нем металлокерамическое покрытие. Для этого используют установку ВДГУ-2, разработанную и производимую ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии. Установка содержит инверторный источник тока, пульт управления и вибратор с закрепленным в нем графитовым электродом диаметром 6 10 мм. Между графитовым электродом и упрочняемым лезвием с нанесенным слоем пасты зажигают электрическую дугу прямого действия обратной полярности, в результате чего за счет термодиссоциации компонентов пасты происходит термодиффузионное насыщение упрочняемой поверхности азотом и углеродом. Процесс ведут на следующих режимах: сила тока - 80 90A, напряжение - 60 65 B, частота вибрации графитового электрода - 100 120 колебаний в секунду. Одновременно с термодиффузионным насыщением при горении электрической дуги на упрочняемом лезвии из компонентов пасты образуется металлокерамическое покрытие. В его состав входит порошок типа ПГ-СР4, являющийся основой (матрицей) покрытия, а также оксиды алюминия, карбиды и нитриды бора, являющиеся упрочняющими компонентами. Нитриды бора в составе металлокерамического покрытия образуются за счет термодиссоциации карбамида NH ₂CONH₂, входящего в состав пасты, а оксиды алюминия - за счет термодиссоциации и окисления алюминия, также являющегося одним из компонентов пасты. Вибрация графитового электрода позволяет получить более плотное и прочное металлокерамическое покрытие. Периодическое перемещение графитового электрода позволяет упрочнить все лезвие рабочего органа. Толщина полученного металлокерамического покрытия составляет 1,0 1,2 мм, глубина термодиффузионного упрочнения - 1,5 1,6 мм, твердость - 80 85 HRC.

Затем упрочняемый рабочий орган помещают в индуктор и нагревают токами высокой частоты до температуры 780 800°C, при этом время нагрева составляет в среднем 1 мин на 1 мм толщины рабочего органа, а время выдержки - 1/5 от времени нагрева. После этого производят закалку рабочего органа в трансформаторном масле и отпуск с нагревом до температуры 170 180°C и выдержкой в течение 5 мин. Данная технологическая операция необходима для снятия внутренних термических напряжений, получения карбидов железа из углерода, который насыщает упрочняемое лезвие при термодиффузии, а также для повышения ударной вязкости упрочненного рабочего органа.

Благодаря тому, что металлокерамическое покрытие, образующееся на упрочняемом лезвии, состоит из относительно мягкой и эластичной стальной матрицы и включенных в ее состав сверхтвердых керамических компонентов (оксидов алюминия, карбидов и нитридов бора), упрочненные рабочие органы имеют высокую ударную вязкость. Кроме этого полученная структура покрытия, а также термодиффузионное насыщение упрочняемого лезвия азотом и углеродом приводят к существенному увеличению износостойкости и долговечности упрочненного рабочего органа (таблица).

Таблица
Показатели	Прототип	Предлагаемый способ
1. Ударная вязкость упрочненного рабочего органа, %	100	200
2. Износостойкость упрочненного рабочего органа, %	100	250
3. Долговечность упрочненного рабочего органа, %	100	200

Как видно из таблицы, предлагаемый способ упрочнения лезвий рабочих органов машин позволяет в среднем в 2 раза увеличить ударную вязкость упрочненного рабочего органа и в 2,5 раза - его износостойкость. В результате долговечность упрочненных рабочих органов машин увеличивается не менее чем в 2 раза.